Série Especial Laboratórios de Biogás do Brasil - 3º Episódio Laboratórios UTFPR – Medianeira/PR

Laboratório de Processos e Biocombustíveis e Laboratório de Solos, Resíduos e Biomassa, Medianeira/PR. Acompanhe o 3º episódio da série de reportagens especiais sobre os principais laboratórios de biogás e digestão anaeróbia em operação no Brasil.

Série Especial Laboratórios de Biogás do Brasil - 3º Episódio Laboratórios UTFPR – Medianeira/PR
Foto: Divulgação/ Prof. Dr. Thiago Edwiges, UTFPR Medianeira - PR
Série Especial

3º Episódio

Laboratório de Processos e Biocombustíveis e Laboratório de Solos, Resíduos e Biomassa

Laboratórios de Biogás do Brasil

Série Especial

Uma série de reportagens especiais com o objetivo de apresentar os principais laboratórios que atuam na área de digestão anaeróbia, caracterização de substratos e produção de biogás, localizados em diferentes regiões do Brasil.

Para trabalhar na área de recuperação energética de resíduos orgânicos por meio da digestão anaeróbia é imprescindível a instalação de um laboratório de biogás e biometano para realização de análises de caracterizações físico-química dos substratos, avaliação e cultivo de inóculos, assim como para a montagem de reatores anaeróbios em escala de bancada ou em escala piloto, com as mais variadas especificações operacionais.

Avaliar diferentes parâmetros bioquímicos possibilitam um controle rígido do bioprocesso, desta forma as plantas de biogás podem alcançar alto desempenho operacionais. Estruturar um laboratório na área de digestão anaeróbia amplia a capacidade de pesquisa e desenvolvimento, proporcionado segurança aos projetos de plantas de biogás e minimizando riscos do processos.

Há uma demanda crescente para analisar diferentes matérias-primas para produção de biogás e identificar o potencial bioquímico de metano, avaliar o desempenho de ensaios de biometanização e identificar os parâmetros operacionais que tornem o processo de produção de biogás mais eficiente, seguros e economicamente viáveis.

Afinal, o que é um Laboratório?

“De acordo com o conceito apresentado na Wikipédia, Laboratório é uma sala ou espaço físico devidamente equipado com instrumentos próprios para a realização de experimentos e pesquisas científicas diversas, dependendo do ramo da ciência para o qual foi planejado.

A importância do laboratório na investigação ou escala industrial em qualquer de suas especialidades, seja química, dimensional, elétrica, biológica, baseia-se no exercício de suas atividades sob condições ambientais controladas e normatizadas, de modo a assegurar que não ocorram influências estranhas que alterem o resultado do experimento ou medição e, ainda, de modo a garantir que o experimento seja repetível em outro laboratório e obtenha o mesmo resultado”.

Neste 3º Episódio da série temos o prazer de apresentar:

Laboratório de Processos e Biocombustíveis e Laboratório de Solos, Resíduos e Biomassa

Universidade Tecnológica Federal do Paraná - UTFPR

Para contar um pouco sobre o histórico dos projetos desenvolvidos nos laboratórios, assim como dos processo de operação do laboratório, o Portal Energia e Biogás conversou com a Prof. Dr. Thiago Edwiges.

ENTREVISTA

Prof. Dr. Thiago Edwiges

Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR), Coordenador do Programa de Pós-Graduação Stricto Sensu em Tecnologias Ambientais (PPGTAMB). Professor Permanente do Programa de Pós-Graduação em Sustentabilidade Ambiental Urbana (PPGSAU) e Coordenador do Curso de Especialização Lato Sensu em Tecnologias da Cadeia Produtiva do Biogás (TCPB).


Portal: A UTFPR possui algum laboratório que concentre as atividades de ensino e pesquisa na área de biogás? 

Prof. Dr. Thiago:  Sim, a UTFPR possui dois laboratórios que desenvolvem pesquisas na área de biogás:

      • Laboratório de Processos e Biocombustíveis
      • Laboratório de Solos, Resíduos e Biomassa

Portal: Quando os laboratórios iniciaram as atividades na área de digestão anaeróbia e produção de biogás?

Prof. Dr. Thiago:  Os laboratórios da UTFPR iniciaram as primeiras atividades na área de digestão anaeróbia e produção de biogás em 2008.

Portal: Fale um pouco do histórico da estruturação dos laboratórios, quais foram os principais fomentos de pesquisa que possibilitou aquisição de equipamentos e insumos?

Prof. Dr. Thiago:  Para estruturação dos laboratórios, a aquisição de equipamentos ocorreu a partir de Editais de apoio à pesquisa da UTFPR, assim como de outras instituições de apoio a pesquisa como:  CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico, CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior e MEC - Ministério da Educação.

Figura 1 - Reatores anaeróbios

 

Portal: Os laboratórios estão vinculados a quais cursos e disciplinas da graduação e da pós-graduação?

Prof. Dr. Thiago: Os laboratórios atendem estudantes e pesquisadores nível graduação e pós-graduação vinculados ao Programa de Pós-Graduação em Tecnologias Ambientais (PPGTAMB) e também aos cursos de Graduação: 

      • Engenharia Ambiental
      • Tecnologia em Gestão Ambiental
Figura 2 - Reator anaeróbia de bancada

Portal: Quantos colaboradores (entre docentes, técnicos de laboratório, bolsistas, estagiários, etc.) trabalham nos laboratórios?

Prof. Dr. Thiago: Diversos alunos e pesquisadores já passaram pelos nossos laboratórios. Atualmente trabalham em média 15 colaboradores.

Portal: Quais são as principais atividades de ensino e pesquisa desenvolvidas nos laboratórios na área de biogás? 

Prof. Dr. Thiago:  São desenvolvidos diversos projetos de pesquisa na área de produção e purificação do biogás, atividades de ensino para disciplinas dos cursos de Tecnologia em Gestão Ambiental e Engenharia Ambiental. 

As principais atividades são a determinação do potencial bioquímico de metano de novos substratos, pré-tratamento de resíduos lignocelulósicos e lipídicos, digestão anaeróbia em regime contínuo para simular a escala real, purificação do biogás e análise do potencial fitoestimulante de digestatos

Figura 3 - Ensaios de fitotoxicidade e germinação, utilizando digestato proveniente de reator CSTR

Portal: Qual é a importância dos laboratórios para o aprendizado/capacitação nas aulas experimentais? 

Prof. Dr. Thiago:  Os laboratórios possuem um papel fundamental na construção do conhecimento, por meio de experimentações que simulam a escala real de reatores anaeróbios e, ainda, por investigações sobre os diversos componentes da matéria orgânica de uma ampla gama de resíduos para a produção de biogás, antes e após manipulações criadas a partir de pré-tratamentos.

Portal: Quais são as linhas de pesquisa na área de produção de biogás em andamento?

Prof. Dr. Thiago:  As nossas pesquisas atuais se concentram nos pré-tratamentos de resíduos lignocelulósicos e lipídicos para aumentar a produção de biogás, testes de potencial bioquímico de metano, codigestão anaeróbia em regime contínuo para avaliar possíveis efeitos sinérgicos de diferentes fontes de biomassa, bioensaios de fitotoxicidade e testes de germinação utilizando biofertilizante, análises comparativas entre diferentes estratégias aeróbias e anaeróbias de tratamento biológico, estudos preliminares de análise de viabilidade econômica.

Publicações mais recentes:

      • BASTOS, J. A. ; REMOR, P. ; ALINO, J. H. L. ; FRARE, L. M. ; PASQUAL, J. C. ; EDWIGES, T. . HYDROLYSATE RECYCLING IMPROVES ECONOMIC FEASIBILITY OF ALKALINE PRETREATMENT FOR BIOENERGY PRODUCTION. JOURNAL OF ENVIRONMENTAL CHEMICAL ENGINEERING , p. 105935, 2021.
      • EDWIGES, THIAGO; Frare, Laercio Mantovani ; LIMA ALINO, JOÃO HENRIQUE ; TRIOLO, JIN MI ; FLOTATS, XAVIER ; SILVA DE MENDONÇA COSTA, MÔNICA SAROLLI . Methane potential of fruit and vegetable waste: an evaluation of the semi-continuous anaerobic mono-digestion. Environmental Technology , v. 41, p. 921-930, 2020.
      • FONSECA, C. ; FRARE, L. M. ; DAVILA, L. ; EDWIGES, THIAGO . Influence of different waste compositions from tilapia fish on methane production. JOURNAL OF CLEANER PRODUCTION , v. 265, p. 121795, 2020.
      • TAVARES, A. ; REMOR, P. ; CAVALER, J. P. ; LIMA ALINO, JOÃO HENRIQUE ; Bastos, Jhenifer Aline ; EDWIGES, THIAGO . Comparison of the biochemical methane potential of different organic biomass. Advances in Ecological and Environmental Research, v. 5, p. 210-215, 2020.
      • BASTOS, J. A. ; REMOR, P. ; PASQUAL, J. C. ; HAWKINS, C. A. ; EDWIGES, T. . Research methodology on the effect of the reuse of black liquor in the alkaline pre-treatment of garden residues for the production of biogas. REVISTA DE GESTAO AMBIENTAL E SUSTENTABILIDADE, v. 8, p. 554-567, 2019.
      • EDWIGES, T.; BASTOS, J. A. ; ALINO, J. H. ; DAVILA, L. ; FRARE, L. M. ; SOMER, J. G. . Comparison of various pretreatment techniques to enhance biodegradability of lignocellulosic biomass for methane production. JOURNAL OF ENVIRONMENTAL CHEMICAL ENGINEERING , v. 7, p. 103495, 2019.
      • EDWIGES, THIAGO; FRARE, L. M. ; MAYER, B. ; LINS, L. P. ; TRIOLO, J. M. ; RIPOLL, X. F. ; COSTA, M. S. S. M. . Influence of chemical composition on biochemical methane potential of fruit and vegetable waste. WASTE MANAGEMENT, v. 71, p. 618-625, 2018.
      • EDWIGES, THIAGO; COSTA, M. S. S. M. ; FRARE, L. M. ; ALINO, J. H. ; MAYER, B. . Potencial metanogênico de resíduos de frutas e hortaliças em função do tipo de inóculo. Revista Ibero-americana de Ciências Ambientais, v. 9, p. 185-194, 2018.
      • PASQUAL, J. C. ; BOLLMANN, H. A. ; SCOTT, C. A. ; EDWIGES, T. ; BAPTISTA, T. C. . Assessment of Collective Production of Biomethane from Livestock Waste for Urban Transportation Mobility in Brazil and the United States. Energies, v. 11, p. 997, 2018.

Figura 4 - Laboratórios da UTFPR – Medianeira/PR

Portal: Qual é a infraestrutura disponível nos laboratórios? 

Prof. Dr. Thiago:  Os laboratórios contam com infraestrutura completa para a determinação de diversas análises: de série de sólidos, pH, acidez, alcalinidade, condutividade elétrica, DQO, NTK, lipídeos, celulose, hemicelulose, lignina, ácidos graxos voláteis por cromatografia líquida de alto desempenho (HPLC), além de reatores para determinação do potencial bioquímico de metano (PBM), reatores de mistura completa (CSTR), teores de CH4, CO2 e H2S no biogás por cromatografia gasosa (CG) e ensaios de fitotoxicidade de digestatos.

Portal: Quais são os grupos de pesquisa que atuam nos laboratórios? 

Prof. Dr. Thiago: Nos laboratórios atuam dois grupos de pesquisa: o Grupo de Pesquisa em Tecnologias de Produção e Purificação do Biogás (TPPBio) que investiga diretamente os processos de pré-tratamentos físicos, químicos, biológicos e combinados, digestão anaeróbia em batelada e regime contínuo, caracterização e aproveitamento dos digestatos para a produção vegetal e estratégias de purificação do biogás.

Já o Grupo de Pesquisa em Análise, Modelagem, Simulação e Controle em Engenharia de Processos (SIMCOP) investiga sistemas de tratamento físico-químico de efluentes, otimização de processos e redes neurais.

Figura 5 - Integrantes dos grupos de pesquisa

Portal: Quais são os principais desafios para a equipe que atua no laboratório com digestão anaeróbia e produção de biogás?

Prof. Dr. Thiago: Os projetos de pesquisa são voltados à investigação científica de problemas complexos relacionados às lacunas que os sistemas de tratamento ainda demandam. Contudo, testes de comparação em escala real ainda são um desafio e a solução passa pelo maior detalhamento da análise de viabilidade econômica dos projetos e parcerias com empresas do setor.

Portal: Qual é a importância estratégica do laboratório para o desenvolvimento da sua região no Paraná e as principais contribuições que a UTFPR pode ou poderá contribuir para desenvolvimento regional e nacional, na área de biogás?

Prof. Dr. Thiago: As ações desenvolvidas em laboratório estão diretamente ligadas à prospecção de novos substratos para aumentar a capacidade de produção de biogás da região, pré-tratamento de resíduos para melhorar a degradabilidade dos substratos e a bioconversão em metano, testes em reatores contínuos para equilibrar parâmetros operacionais e aumentar a eficiência global de produção de plantas, bioensaios de produção vegetal para avaliar o potencial fitoestimulante dos digestatos e processos de purificação do biogás visando melhores indicadores de conversão energética. Todas estas são etapas importantes para o planejamento de uma planta de biogás e os resultados gerados em laboratório contribuem para o sucesso do processo em escala real.

Figura 6 - Preparação de amostras e ensaios anaeróbia em batelada

Portal: Qual é o diferencial na capacitação dos profissionais que atuam (ou atuaram) nos laboratórios e como está a demanda no mercado de biogás por profissionais egressos dos cursos da UTFPR?

Prof. Dr. Thiago: Os profissionais que atuam no laboratório são professores e pesquisadores doutores e pós-doutores com ampla experiência no cenário nacional e internacional na área de biogás há mais de 10 anos, especificamente nas áreas de engenharia ambiental, engenharia química, engenharia de alimentos e engenharia agronômica. Há demanda por profissionais egressos que compreendam tanto de processos bioquímicos de partida, operação e manutenção de reatores, quando de sistemas de licenciamento ambiental e análise de viabilidade econômica das diversas possibilidades de configuração em uma planta de biogás.

Portal: Quais são e quando ocorre os processos de admissão de alunos na UFTPR para os cursos de graduação, pós-graduação ou outros cursos vinculados ao laboratório?

Prof. Dr. Thiago: A seleção para os cursos de Tecnologia em Gestão Ambiental (noturno) e Engenharia Ambiental (diurno) acontecem pelo Sisu. Já a seleção para o Mestrado em Tecnologias Ambientais (PPGTAMB) acontece entre o mês de outubro a novembro de cada ano. Os editais de seleção podem ser baixados pelo link: http://www.utfpr.edu.br/cursos/coordenacoes/stricto-sensu/ppgtamb/ppg-tamb/ppgtamb-1 

Portal: Para o leitor que se interessou pela UTFPR, como fazer parte da equipe que atua nos laboratórios de biogás?

Prof. Dr. Thiago: Na UTFPR, as possibilidades de ingresso para atuar nos nossos laboratórios são:

      • Docentes: Concurso público para docentes;
      • Discentes – graduação: Por meio do SISU, para os cursos de Tecnologia em Gestão Ambiental (noturno) e Engenharia Ambiental (diurno);
      • Pesquisadores – Pós-graduação: Editais para ingresso no Programa de Pós-Graduação em Tecnologias Ambientais (PPGTAMB);
      • Colaboradores (possibilidade de pesquisador visitante, convênios e parcerias com outras instituições): O Grupo de Pesquisa em Tecnologias de Produção e Purificação de Biogás mantém parcerias com instituições nacionais (universidades, empresas do setor e centros de referência) e internacionais (Portugal, Espanha, Dinamarca e Austrália);
      • Voluntários (as ações que possibilitem trabalho voluntário de pesquisadores): A partir de convênio com a UTFPR.

Figura 7 - Instalações dos laboratórios

Portal: O laboratório presta serviços de análises para empresas e produtores rurais?

Prof. Dr. Thiago: Não prestamos serviços de análises. O laboratório apenas apoia ações de investigação científica por meio de parcerias com empresas a partir de termos de convênio.

Portal: O laboratório desenvolve pesquisa em cooperação com empresas?

Prof. Dr. Thiago: Sim, as atividades realizadas no laboratório são atividades de pesquisa científica e projetos de investigação técnico-científica em parcerias com empresas mediante assinatura de termo de convênio com a UTFPR.

Figura 8 - Prof. Dr. Thiago Edwiges

Portal: Quais os canais de contato com a coordenação do laboratório?

Prof. Dr. Thiago: Estamos localizados no município de Medianeira no estado do Paraná, o principal canal da contato é por meio de e-mails.

      • Laboratórios: Laboratório de Solos, Resíduos e Biomassa e Laboratório de Processos e Biocombustíveis
      • Linhas de Pesquisas: Tecnologias de Produção e Purificação do Biogás
      • Coordenadores dos Laboratórios:
      • Endereço: Avenida Brasil, 4232 - Parque Independência - Medianeira/PR.

Sobre os coordenadores dos laboratórios:

Prof. Dr. Thiago Edwiges

Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)

Professor Permanente e Coordenador do Programa de Pós-Graduação Stricto Sensu em Tecnologias Ambientais (PPGTAMB). Professor Permanente do Programa de Pós-Graduação em Sustentabilidade Ambiental Urbana (PPGSAU). Coordenador do Curso de Especialização Lato Sensu em Tecnologias da Cadeia Produtiva do Biogás (TCPB). Pós-Doutor pela Escola de Engenharia da Griffith University (Brisbane-Austrália). Doutor em Engenharia Agrícola (Unioeste), com período sanduíche na Escola Superior de Agricultura de Barcelona (ESAB) da Universitat Politécnica de Catalunya (Barcelona-Espanha) e no Instituto de Bioquímica e Tecnologias Ambientais da University of Southern Denmark (Odense-Dinamarca). Mestre em Energia na Agricultura (Unioeste), Especialista em Economia e Meio Ambiente (UFPR), Engenheiro de Segurança do Trabalho e Engenheiro Ambiental (PUC-PR). É Membro Titular do Conselho de Pesquisa e Pós-Graduação (COPPG) da UTFPR, Profissional Associado da Associação Paranaense de Engenheiros Ambientais (APEAM). É Líder do Grupo de Pesquisa em Tecnologias de Produção e Purificação do Biogás (GP-TPPBio). Atuou em projetos na área de saneamento junto à Companhia de Saneamento do Paraná (SANEPAR) e como Consultor de projetos de agroenergia da ITAIPU Binacional e Observatório de Energias Renováveis para a América Latina e o Caribe. Desenvolve projetos na área de Engenharia Ambiental, especialmente gestão e saneamento ambiental com foco no tratamento biológico de resíduos e energias renováveis. http://lattes.cnpq.br/7643832070860943

 

Prof. Dr. Laercio Mantovani Frare

Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)

Graduado em Engenharia Química (1996), Mestrado (1999) e Doutorado (2006) pela Universidade Estadual de Maringá (UEM). Professor dos cursos de Engenharia Ambiental e Tecnologia em Gestão Ambiental na Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR), campus Medianeira. Atualmente é professor permanente em dois mestrados acadêmicos: o Programa de Pós-Graduação em Tecnologias Ambientais (PPGTAMB) e o Programa de Pós-graduação em Tecnologias Computacionais para o Agronegócio (PPGTCA). Faz parte dos grupos de pesquisas em Tecnologias de Produção e Purificação de Biogás (TPPBIO) e Análise, Modelagem, Simulação e Controle em Engenharia de Processos (SIMCOP). Desenvolve e participa de projetos de pesquisa na produção, a partir de resíduos agroindustriais, na purificação de biogás e tratamento de efluentes utilizando eletrofloculação. http://lattes.cnpq.br/7676033878331606

AGRADECIMENTOS

O Portal Energia e Biogás agradece em nome da Prof. Thiago Edwiges e a todos os integrantes dos grupos de pesquisa (TPPBio e SIMCOP) pelas valorosas contribuições para desenvolvimento dessa reportagem. 

Aguarde!

Em breve novos episódios da série com destaque para laboratórios de digestão anaeróbia e produção de biogás, em diferentes regiões do Brasil.

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